TEMA 3:

COMPONENTES Y DISPOSITIVOS PASIVOS

TEMA 3: BOBINA O INDUCTORLa bobina o inductor es un arrollamiento de un material conductor sobre un ncleo de aire de un material ferromagntico.

Es un componente pasivo, en la cual debido a la autoinduccin, almacena energa en forma de campo magntico. Es entonces un componente que aprovecha el fenmeno del campo magntico para almacenar energa.

La bobina o inductor puede ser tan simple como un alambre, una forma de resorte tan complejo como el bobinado de un motor. Ver figura. Cuando circula una corriente elctrica por la bobina o inductor, ste genera un campo magntico y por lo tanto un flujo magntico

Entonces por todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magntico.

Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magntico circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior. Ver figura. Campo magntico de un inductor y bobina

Una caracterstica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas.

Esto significa que a la hora que circula una corriente continua por ellas proveniente de una fuente de alimentacin de corriente continua), esta intentar mantener su condicin anterior (normal).

En cambio cuando una bobina esta conectada a una fuente de corriente alterna causa un desfase entre la tensin que se le aplica y la corriente que circula por ella.

Circulacin de corriente elctrica por el inductor

En otras palabras:

La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a travs de l, generando una tensin que se opone a la tensin aplicada y es proporcional al cambio de la corriente.

Las bobinas o inductores junto a los resistores y condensadores forman la base de los circuitos oscilantes, llamados tambin circuitos RLC.

Qu es la inductancia y cul es la unidad de medida?La cantidad de campo magntico que puede crear un inductor se llama Inductancia. Entonces decimos que la inductancia mide el valor de oposicin de la bobina al paso de la corriente, representado por la letra L y se miden en Henrios (Hr), pudiendo encontrarse valores de MiliHenrios (mH).

El valor depende de:

- El nmero de espiras que tenga la bobina (a ms vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).

- El dimetro de las espiras (a mayor dimetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).

- La longitud del cable de que est hecha la bobina.

- El tipo de material de que esta hecho el ncleo, si es que lo tiene. Ver figura.

Qu es el campo magntico?

Es el efecto no visible que se genera cuando una corriente alterna continua viaja por un conductor (cable)

Cuando una corriente atraviesa un conductor, un campo magntico es creado. Las lneas de fuerza del campo magntico se expanden empezando en el centro del conductor y alejndose, pasando primero por el conductor mismo y despus por el aire.

Este campo forma unos crculos alrededor del cable.

El campo magntico es ms intenso cuando ms cerca est del cable y esta intensidad disminuye conforme se aleja de l, hasta que su efecto es nulo.

Mientras estas lneas de fuerza (Campo magntico) estn todava en el conductor, se genera una fuerza electromotriz (fem) en el conductor mismo, llamado tensin y esta tiene una direccin opuesta a la corriente.

Se puede encontrar el sentido que tiene el flujo magntico si se conoce la direccin que tiene la corriente en el cable y se utiliza la Segunda ley de la mano derecha. Ver grfico.

En el grfico se ve como se obtiene el sentido del campo magntico con la ayuda de la segunda ley de la mano derecha.Nota:

Es importante mencionar que:

-Una corriente en un conductor genera un campo magntico y -Un campo magntico genera una corriente en un conductor.

Cul es la forma fsica?.

Se presentan diversas formas y tipos. Ver figura

Diversas formas fsicas de los inductores y bobinasCul es el smbolo utilizado en inductores o bobinas?Se utilizan diversos smbolos segn el tipo de inductor bobinado. Ver figura.

Smbolos diversos de inductores y bobinasCul es el lugar de aplicacin?

Se aplican en los siguientes casos. - En los sistemas de iluminacin con lmparas fluorescentes existe un elemento adicional que acompaa al tubo y que comnmente se llama Reactor (balastro)- En las fuentes de alimentacin tambin se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida.

- En bloquear las seales de AC de alta frecuencia en circuitos de radio.

Sin embargo, los bobinados mas conocidas utilizan corriente alterna. Como por ejemplo:

- Las bobinas: Donde la energa se almacena como campo magntico.

- Los transformadores: Donde la corriente alterna genera un campo magntico alterno en el bobinado primario, que induce en el bobinado secundario otro campo magntico que a su vez causa una corriente, que es la corriente alterna de salida del transformador. Cul es el comportamiento de la bobina o inductor frente a la Corriente Continua?El inductor o bobina es formada de un alambre conductor con el cual se han hecho espiras, en su forma ms sencilla, de un resorte.

Si se aplica corriente continua a un inductor o bobina, ste se comporta como un corto circuito y dejar pasar la corriente a travs de ella sin ninguna oposicin.

Pero en el inductor o bobina si existe oposicin al paso de la corriente, y esto sucede slo en el momento en que se hace la conexin a la fuente de voltaje y dura por un tiempo muy pequeo (estado transitorio).

Lo que sucede es que en ese pequeo espacio de tiempo la corriente esta variando desde 0v hasta su valor final de corriente continua (la corriente vara con el tiempo por un espacio de tiempo muy pequeo). Ver figura.

Cul es el comportamiento de la bobina o inductor frente a la Corriente Alterna?La bobina se opone al flujo de la corriente, al igual que un resistor pero a diferencia de esta, el valor de esta oposicin se llama reactancia inductiva (XL) y se puede calcular con: la ley de ohm: XL =, pero la formula para hallar (XL) es: XL = 2 x f x LDonde:

XL : reactancia en ohmios

V : en voltios

I : en amperios

: 3.1416

f : frecuencia en hertz (Hz)

L : inductancia en henrios (Hr)

Angulo de faseEn la bobina el voltaje adelanta a la corriente en 90. Ver grfico:

Desfase entre la corriente y tensin en una bobina

Las seales alternas como la corriente alterna tiene la caracterstica de ser peridica, esto significa que esta se repite a espacios fijos de tiempo.

Si dos seales peridicas iguales estn en fase, sus valores mximos y mnimos coinciden.

Si una seal se atrasa respecto a otra a tal punto de que estas vuelven a coincidir en estos valores (mximo y mnimo) se dice que el desfase fue de 360.

Desfases intermedios seran de 180 (las ondas estn desfasadas en la mitad de su perodo) y desfase de 90 (las ondas estn desfasadas en la cuarta parte de su perodo)

Qu es La reactancia inductiva (XL)?

Es la oposicin que producen los inductores al paso de las variaciones de corrientes, y es causada por el campo magntico que se genera en estos.

La reactancia inductiva se mide en ohmios y puede calcularse de la siguiente manera

XL = 2x xFxLDonde: XL = reactancia inductiva = 3.141

F = es la frecuencia de la corriente en HZ

L = es la inductancia en Hr

Cmo est construido una bobina o inductor?

Un inductor o bobina normalmente esta hecho tpicamente de alambre o hilo de cobre esmaltado.

Existen inductores con ncleo de aire o ncleo de un material ferroso, para incrementar su capacidad de magnetismo entre la intensidad (inductancia)

El inductor consta de las siguientes partes.

Devanado inductor:

Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magntico, al ser recorrido por la corriente elctrica.

Ncleo:

Es la parte del circuito magntico rodeada por el devanado inductor.

Tambin se pueden fabricar inductores que se usan para frecuencias muy altas, con un conductor pasando a travs de un cilindro de ferrita o granulado.

Cuales son las caractersticas de fabricacin?En las bobinas o inductores se presentan diversas caractersticas como son los siguientes.I - Segn la forma constructiva:

- Solenoides: Toroides:

II- Segn la frecuencia de la corriente aplicada:

- Alta frecuencia: de reducido tamao y nmero de espiras

- Baja frecuencia: de mayor tamao y nmero de espiras

III-Segn el recubrimiento:

- plstico, resina, metal (apantalladas).

IV- Segn la caracterstica de su valor:

- Fijos y ajustables.

V- Segn el tipo de montaje:

- De insercin y SMD.

CAPTULO N 1:

BOBINAS O INDUCTORES FIJOS

Son aquellos en la cual el bobinado esta compuesto de una cantidad fija de enrollamiento de alambre para cumplir cierta funcin para la cual ha sido fabricada.

Por tanto decimos que crear un campo magntico fijo siempre en cuando la corriente a aplicar no vari su frecuencia de trabajo.

En la siguiente tabla se pueden observar los inductores ms fijos ms comunes: TipoFormatoValores tpicos Aplicaciones

Solenoides:

ncleo de aire

ncleo de ferrita

1nH a 15mH generales, filtros,

convertidores DC/DC

Toroides1uH a 30mH para filtrar transitorios

Encapsulados o moldeados0.1uH a 1mH osciladores y filtros

Chips1nH a 1mHaplicaciones generales

Ncleo metlicoDiversosconvertidores AC/DC

Cmo se clasifican?Se clasifican de la siguiente manera: - Bobina o inductor con ncleo de aire.

- Bobina o inductor con ncleo de hierro metlico.

- Bobina o inductor con ncleo de ferrita. - Otros.

Cmo se forman los campos magnticos en los diversos tipos de inductores o bobinas?Se forman de las siguientes maneras. Leccin 1:BOBINA O INDUCTOR CON NCLEO DE AIREEl devanado se realiza sobre un soporte de material no magntico (fibra, plstico.). En los casos donde no se utiliza soporte, la bobina queda conformada slo debido a la rigidez mecnica del conductor.

Veamos el smbolo empleado. Ver figura.

Smbolo de la bobina con ncleo de aire

Ahora veamos las formas fsicas. Ver figura

En la actualidad de utilizan en la corriente y seales alterna

Como:

- Circuitos resonantes, trampas de paso

- Circuitos de filtro en fuente de alimentacin.

- Otros.

Leccin 2:

BOBINA O INDUCTOR CON NUCLEO DE FERRITASon aquellos en la cual el enrollamiento de alambre se realiza en un ncleo de material ferrita.

Las ferritas son xidos de metales magnticos, de alta permeabilidad (10 a 10,000) que adems son dielctricos.

Existe una gran variedad en el mercado en funcin de la frecuencia de trabajo.

El bobinado real lo representamos con un smbolo de la siguiente manera.

Smbolo de la bobina con ncleo de ferrita

Veamos las formas fsica que encontramos. Ver figuras.

Diversas formas de bobinas con ncleo de ferrita

El efecto principal en una bobina es el inductivo. Si dicho efecto es mucho mayor que el resistivo, su representacin puede ser una autoinductancia; pero si la resistencia del conductor utilizado es lo suficientemente grande, habr que representar la bobina por una inductancia en serie con una resistencia. Solamente a frecuencias elevadas habr que tener en cuenta un posible efecto capacitivo. Ver figura.

Entre los ms comunes que conocemos y se utiliza son como:

- Bobinados de choque de acoplo.

- Bobinados de antena recepcin de RF en AM

- Bobinas de filtro para fuente de alimentacin.

- Otros.

Leccin 3:

BOBINA O INDUCTOR CON NUCLEO DE HIERRO O METALICOSon aquellos que tienen como ncleo hierro o material ferroso, esto pues tiene mayor permeabilidad que el aire (10 a 100), aumenta el valor de la inductancia. Sin embargo, slo se emplea en bajas frecuencias porque a altas frecuencias las prdidas son elevadas.

Pues su representacin simblica es el siguiente. Ver figura.

Smbolo de la bobina con ncleo de hierro o metlico

Ahora observemos algunas formas fsicas. Ver figura.

Las bobinas inductores son utilizados mayormente en:

- Transformador elevador o reductor de voltaje en fuentes de alimentacin.

- Transformador de acoplo en amplificadores de audio.

- Reactor en un equipo fluorescente.

- Otros.

Nota:La radio frecuencia es (100kHz a 100GHz) y la audiofrecuencia (20Hz a 20kHz).

Entre los ms comunes que conocemos y aplicamos son: Los transformadores.

EL TRANSFORMADOR

Es un dispositivo que aprovecha el fenmeno de la induccin electromagntica para modificar el voltaje de una corriente elctrica.

En s el transformador consta de dos bobinas de alambre en un ncleo de hierro ferroso o de un material con propiedades similares.

Las bobinas se denominan primaria y secundaria, donde que la bobina primaria es la que recibe la corriente original y la bobina secundaria es la que produce la corriente modificada. Ver dibujo.

Cmo funciona?

Cuando pasa una corriente a travs de la bobina primaria, esta genera un campo magntico a su alrededor. Este campo magntico causa de que en la bobina secundaria se induzca una corriente elctrica. Si la bobina secundaria posee un nmero de vueltas distinto a la primaria, la corriente que se induce es de menor o mayor voltaje.

Un transformador puede cumplir varias funciones.

- Si el transformador toma un voltaje y lo eleva, se llama transformador elevador

- Si el transformador toma un voltaje y lo reduce, se llama transformador reductor

- Si el voltaje de entrada y salida son iguales, se llama transformador aislador. PRUEBAS Y MEDICIONES DE UNA BOBINA O INDUCTORSe comprueba con el multitester en el rango x1 de ohm (). Como se vera un inductor o bobina medir ohmeaje bajo o quiz 0 debido a que estos son simple alambre enrollados.

Cuando ms cantidad de enrollamiento de alambre tiene el bobina o inductor el ohmeaje ser mayor que aquel que tienen menor enrollamiento de alambre. Ahora veremos como se conecta el multitester para probar un inductor o bobina.

Procedimientos:1 Paso:

Colocar las puntas del multitester en los terminales del bobinado o inductor.

2 paso:

Observa los resultados en la pantalla, analiza y comenta.

Ver figura.

Resultados

- Debe de medir ohmeaje bajo 0

Defectos.

- Si es que no mide nada no marca , significa que el inductor o bobina esta abierto.

- Si es que el bobinado tiene bastante enrollamiento de alambre y mide 0, significa que el inductor o bobina esta haciendo cruce (cruzado).

CAPITULO N 2:BOBINA O INDUCTOR VARIABLE

Son aquellos en las cuales el bobinado puede ser variado de su posicin con respecto a su ncleo.

Veamos algunos de los bobinados inductores mas comunes

Ajustables1nH a 7mH osciladores y circuitos de RF como transmisores y receptores

Los bobinados o inductores mas comerciales que se encuentra en el mercado son los de ajuste.

Leccin 1:BOBINA O INDUCTOR DE AJUSTE.

Son aquellos en la cual el bobinado vara de posicin con respecto al ncleo al igual que su almacenamiento de energa elctrica en forma de campo magntico.

Cuando el ncleo esta mas cerca al bobinado se creara mayor campo magntico lo cual abra mas carga de energa elctrica y si el bobinado se aleja del ncleo suceder lo contrario.

El smbolo empleado lo representamos de la siguiente manera. Ver figura.

Smbolo de la bobina de ajuste

Su forma fsica lo representamos de la siguiente manera. Ver figura.

Cul es el lugar de aplicacin?

Los lugares en donde se utilizan son los siguientes.

- Como transformador de acoplo.

- Como adaptador de impedancia en circuito RF (radio y Tv)

- Otros

PRUEBAS Y MEDICIONES

Para medir los bobinados de ajuste, se realiza mediante el mismo procedimiento que la de un bobinado fijo, ya que no se notar diferencia al mover el bobinado interno.

Tan solo el multitester nos ayudara si el bobinado est cruzado o abierto. El cable y sus caracteres-ticas: espiras, material, dimetro y longitud

Lic. Willian F. Lpez Jimnez Pg. 145

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